Ανάπτυξη και εφαρμογή ενός συστήματος τηλεαποκατάστασης για ασθενείς με οστεοαρθρίτιδα γόνατος: ηλικίας 40-70 ετών βαθμού 1- 3, κατά Kellgren and Lawrence

Abstract

Background: Knee osteoarthritis (OA) is among the leading causes of disability worldwide, characterized by chronic pain, muscle weakness, and functional limitation. Despite the proven efficacy of physiotherapy, patient access and adherence often remain limited. Recent advances in wearable sensor and telecommunication technologies offer new opportunities for personalized and remote rehabilitation, enabling objective monitoring and real-time feedback. Objective: To develop, implement, and evaluate an integrated telerehabilitation system (KneE-PAD) combining surface electromyography (sEMG), inertial measurement units (IMU), and augmented reality (AR) technology for guided home-based therapeutic exercise in patients with mild-to-moderate knee OA. Methods: In a single-blind randomized controlled trial, 42 participants (mean age 68.4 ± 5.7 years) were allocated to either a telerehabilitation group using the KneE-PAD platform or a conventional physiotherapy group for eight weeks. Assessments were conducted at baseline (T0), post-intervention (T1), and 12-week follow-up (T2). Primary outcome measures included quadriceps strength, neuromuscular activation (sEMG-RMS), and functional status (WOMAC index), while secondary outcomes included functional mobility (TUG), psychological distress (HADS), self-efficacy (ASES), and kinesiophobia (TSK).Results: The KneE-PAD group demonstrated significant improvements in neuromuscular activation (+0.035 mV; p<0.001), muscle strength (+6.2 kg; p<0.001), and functional performance (WOMAC −49.3 points; p<0.001). Functional mobility also improved (TUG −4.6 s; p<0.001), and depressive symptoms decreased (HADS-D −2.5; p=0.005). Between-group comparisons revealed moderate-to-large effect sizes in favor of KneE-PAD (η² = 0.27–0.31, Cohen’s d = 0.42–0.79). These gains were maintained at the 12-week follow-up and exceeded the established minimal clinically important difference (MCID) thresholds for patients with knee OA, indicating meaningful clinical and functional effectiveness of the system. Conclusions: The KneE-PAD system provides a feasible, safe, and effective alternative approach for knee OA rehabilitation. Its real-time feedback, enhanced motor learning, and remote supervision support patient adherence and functional recovery. Findings advocate for the further development and integration of AI-driven telerehabilitation platforms in future clinical studies. Trial registration: ClinicalTrials.gov Identifier: NCT06416332

Υπόβαθρο: Η οστεοαρθρίτιδα του γόνατος (ΟΑ) αποτελεί μία από τις κυριότερες αιτίες αναπηρίας παγκοσμίως, με χαρακτηριστικά τον χρόνιο πόνο, τη μυϊκή αδυναμία και τη λειτουργική δυσχέρεια. Παρά την αποτελεσματικότητα της φυσικοθεραπείας, η πρόσβαση και η συμμόρφωση των ασθενών συχνά περιορίζονται. Οι σύγχρονες τεχνολογίες φορητών αισθητήρων και τηλεπικοινωνίας προσφέρουν νέες προοπτικές εξατομικευμένης και απομακρυσμένης αποκατάστασης, επιτρέποντας αντικειμενική παρακολούθηση και ανατροφοδότηση. Σκοπός: Η ανάπτυξη, υλοποίηση και αξιολόγηση ενός ολοκληρωμένου συστήματος τηλεαποκατάστασης (KneE-PAD), που συνδυάζει επιφανειακή ηλεκτρομυογραφία (sEMG), μονάδες αδρανειακής μέτρησης (IMU) και τεχνολογία επαυξημένης πραγματικότητας (AR) για καθοδηγούμενη θεραπευτική άσκηση στο σπίτι ασθενών με ήπια έως μέτρια ΟΑ γόνατος. Μέθοδος: Σε μονή τυφλή τυχαιοποιημένη ελεγχόμενη δοκιμή συμμετείχαν 42 άτομα (μέση ηλικία: 68,4 ± 5,7 έτη), τα οποία κατανεμήθηκαν σε ομάδα τηλεαποκατάστασης μέσω KneEPAD και σε ομάδα συμβατικής φυσικοθεραπείας, διάρκειας 8 εβδομάδων. Οι αξιολογήσεις πραγματοποιήθηκαν στην έναρξη (T0), μετά την παρέμβαση (T1) και στη 12η εβδομάδα παρακολούθησης (T2). Πρωτεύοντα μέτρα έκβασης ήταν η μυϊκή ισχύς τετρακεφάλου, η νευρομυϊκή ενεργοποίηση (sEMG-RMS), ο δείκτης λειτουργικότητας WOMAC, ενώδευτερεύοντα μέτρα έκβασης ήταν η λειτουργική κινητικότητα (TUG), η ψυχολογική επιβάρυνση (HADS), η αυτο-αποτελεσματικότητα (ASES) και η κινησιοφοβία (TSK). Αποτελέσματα: Η ομάδα του KneE-PAD εμφάνισε σημαντικές βελτιώσεις στη νευρομυϊκή ενεργοποίηση (+0.035 mV· p<0.001), στη μυϊκή ισχύ (+6.2 kg· p<0.001) και στη λειτουργικότητα (WOMAC −49.3 μονάδες· p<0.001). Η λειτουργική κινητικότητα βελτιώθηκε (TUG −4.6 s· p<0.001), ενώ τα καταθλιπτικά συμπτώματα μειώθηκαν (HADS-D −2.5· p=0.005).Οι συγκρίσεις μεταξύ ομάδων κατέδειξαν υπεροχή του KneE-PAD με μέτριες έως μεγάλες επιδράσεις (η²=0.27–0.31, Cohen’s d=0.42–0.79). Οι βελτιώσεις διατηρήθηκαν και στη φάση παρακολούθησης των 12 εβδομάδων, υπερβαίνοντας τα καθιερωμένα όρια κλινικής σημαντικότητας (MCID) για ασθενείς με οστεοαρθρίτιδα γόνατος, γεγονός που υποδηλώνει ουσιαστική κλινική και λειτουργική αποτελεσματικότητα του συστήματος. Συμπεράσματα: Η χρήση του συστήματος KneE-PAD παρέχει μια εφικτή, ασφαλή και αποτελεσματική εναλλακτική μορφή αποκατάστασης για την ΟΑ γόνατος. Η άμεση ανατροφοδότηση, η ενίσχυση της κινητικής μάθησης και η απομακρυσμένη επίβλεψη ενισχύουν τη συμμόρφωση και τη λειτουργική αποκατάσταση των ασθενών. Τα ευρήματα υποστηρίζουν την περαιτέρω ανάπτυξη και εφαρμογή τηλεαποκατάστασης με ενσωμάτωση τεχνητής νοημοσύνης σε μελλοντικές μελέτες. Καταχώριση δοκιμής: ClinicalTrials.gov ID: NCT06416332